[发明专利]无线传感器网络的移动多播路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术领域，更具体地涉及大规模的无线传感器网络的路由方法。 

背景技术

无线传感器网络由大量小体积、低成本、低能量的无线传感器节点或者设备组成，这些传感器节点或设备具有感知、通信和数据处理能力，这些节点相互协作、共同对外部世界进行感知，然后以自组织的形式发回感知数据。如何高效使用能量来最大化网络生命周期是传感器网络面临的首要挑战。在无线传感器网络的节能问题上已经开展很多研究工作，例如能量有效的MAC协议、自组织机制、分布式聚簇方法、定向扩散协议、能量有效的路由协议。无线传感器网络的一些应用如目标跟踪、环境监控等，需要监控网络中的运动目标，为了节省能量，一般只令目标附近的传感器节点参与监控。要持续监控一个运动目标，传感器网络必须维护一组和运动目标有着同样路径、同样速度的活动传感器节点，这个维护需要进行两个操作，一个操作是根据需要唤醒或休眠传感器，使得仅仅一小部分的传感器处于活跃状态，并提供连续的覆盖，从而节省能量。另一个操作是在合适的时候唤醒监控目标将要到达的区域附近的节点。 

移动多播的通信形式具有信息正好在一个特定的时间传递到某个特定区域的所有节点(时空传递保证)的特点。因此，为了适合此应用场景，通常采用移动多播的通信形式对相关的活动传感器进行控制。移动多播路由协议比较典型的有下面几种： 

Qingfeng Huang等发表的“Just-in-Time Multicast for Sensor Networks under Spatiotemporal Constraints”(发表于Proc.of the 2nd International Workshop on Information Processing in Sensor Networks[C].CA，USA，2003.442-457)中提出了一种无线传感器网络时空(spatiotemporal)限制下的及 时(Just-in-time)多播。他们引入k重覆盖作为传递区域所对应的前向区域，为随机网络的传递区域提供时空传递保证。但是，由于该k重覆盖是基于全网最小压缩值(Δ-compactness)的，因此这种技术扩展性差。 

为解决上述基于全局最小压缩值所带来的扩展性差的问题，Qingfeng Huang等在“Spatiotemporal Multicast in Sensor Networks”(发表于Proceedings of the 1st international conference on Embedded networked sensor systems[C].CA，USA，2003.205-217)中提出了一种无线传感器网络的时空多播，基于一个节点的多跳邻居节点情况所得的局部压缩值，提高了可扩展性，但是不能提供时空传递保证。 

为克服可扩展性与时空传递保证不能兼顾的缺点，Qingfeng Huang等在“Reliable Mobicast via Face-Aware Routing”(发表于Proceedings of IEEE Infocom[C]，Hong Kong，China，2004.2108-2118)中提出了基于面的可靠移动多播路由协议，引入面空间邻居(Planar Spatial Neighborhood)的概念，并通过贪婪前向机制(Greedy Forwarding)以及定时前向机制(Timed Forwarding)为随机网络的传递区域提供时空传递保证。由于是基于面空间邻居这样的局部拓扑信息，提高了可扩展性。 

但是上述技术，由于其在目标关联区域中采用的是洪泛路由，即目标关联区域中的传感器节点接收到包后都会广播该包，从而可能会导致该区域中的一些节点会重复接收某个包，导致不必要的能耗。 

此外，上述两种技术都是用于跟踪作匀速直线运动的移动目标，但通常所监控的移动目标更多地是进行变速运动，因此需要有一种能够监控变速移动的目标的方法。 

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提出了一种高能效的无线传感器网络的移动多播路由方法，其中，对于每一时刻，移动目标的目标感知区域为以该时刻移动目标所在位置为圆心、以一固定长度为半径的圆，该方法包括以下步骤： 

步骤1，位于t时刻目标感知区域中的多个传感器节点根据t时刻移动目标的位置和速度信息预测t+1时刻移动目标的位置，并且向下传递包含所预测的t+1时刻移动目标的位置的包；